Temat ćwiczenia projektowego

Wykonać obliczenia sprawdzające elementów składowych systemu odwadniania odcinka drogi samochodowej klasy V. Obliczenia wykonać dla przyjętych: kategorii budowli komunikacyjnej, budowy geologicznej podłoża, położenia zwierciadła wody gruntowej, itp.

Obliczenia sprawdzające powinny zawierać:

1. Wymiarowanie rowów (ścieków) skarpowych, w tym obliczenie wielkości odpływu sekundowego ze zlewni, wkreślenie rowów w przekrój poprzeczny budowli komunikacyjnej oraz określenie zdolności przepustowej rowów (ścieków) skarpowych dolnych.

Dane:

L₁=180,00[m], v₁=20,00[m/min], L₂=300,00[m], J_d=0,80[%], P_n=680,00[mm], F_z=15,65[ha], ψ=0,20

2. Wymiarowanie przepustu (małego mostu), w tym określenie natężenia przepustu miarodajnego o określonym prawdopodobieństwie pojawiania się oraz określenie parametrów przepustu.

Dane:

Rodzaj gruntu: glina piaszczysta.

Wysokość nasypu w przekroju skrzyżowania: 1,60[m]

Q_p= 3,30[m³/s], J_d= 1,8[‰].

3. Wymiarowanie elementów odwodnienia wgłębnego, w tym określenie wymaganego usytuowania wysokościowego ciągów drenarskich, określenie ilości odpływającej wody oraz określenie zdolności przepustowej projektowanych ciągów drenarskich.

Dane:

Poziom zwierciadła wody gruntowej: 1,85 [m]

Rodzaj gruntu: glina piaszczysta

Głębokość wykopu: 2,28 [m]

Długość odcinka odwadnianego: L= 680 [m]

Teren: teren niezabudowany o nieznacznym zróżnicowaniu wysokościowym

1.Wymiarowanie rowów skarpowych dolnych.

1.1. Przyjęcie wymiarów rowów.

Przyjęto wymiary rowów skarpowych dolnych jak na rys.1

1.2.Czas trwania deszczu.

1.2.1.Wyznaczenie czasu spływu cząsteczek wody z najbardziej odległego punktu zlewni.

- Odległość spływu: L₁ = 180,00[m],

- Prędkość spływu: v₁ = 20,00[m/min]

1.2.2. Wyznaczenie czasu płynięcia cząsteczki wody w urządzeniu odwadniającym.

- Odległość spływu: L₂ = 300,00[m]

- Prędkość spływu:

gdzie: J_d - spadek rowów: J_d=0,80[%];

n - współczynnik zależny od rodzaju gruntu: n=0,02 (dla gruntów rodzimych);

R_h - promień hydrauliczny:

gdzie: A - pole przekroju rowu odwadniającego znajdującego się poniżej zwierciadła wody;

O_z - obwód zwilżony.

O_Z = 0,40+2 * 0,94 = 2,30[m]

1.2.3.Wyznaczenie czasu potrzebnego na rozpoczęcie ruchu wody w urządzeniu odwadniającym.

Czas trwania deszczu:

1.3.Natężenie deszczu miarodajnego.

- Wskaźnik opadu normalnego: P_n=725[mm]

- Klasa techniczna drogi: V

- Częstotliwość pojawiania się deszczu: C=2 [rok]

- Współczynnik powtarzalności deszczu:

Natężenie deszczu miarodajnego:

1.4 Odpływ sekundowy ze zlewni.

- Powierzchnia zlewni: F_z=15,65[ha]

- Współczynnik spływu: ψ=0,20

- Współczynnik opóźnienia odpływu: ϕ=1,0 - jak dla małych zlewni drogowych

Odpływ sekundowy ze zlewni:

1.5. Zdolność przepustowa rowu.

- Powierzchnia przekroju odpływowego:

- Prędkość spływu wody w urządzeniu odwadniającym:

Przepustowość rowu:

1.6.Analiza możliwości odprowadzenia wody ze zlewni.

Wnioski: Przyjęte rowy skarpowe zaprojektowane są poprawnie. Dno i skarpy

rowów należy umocnić darniną (występuje duża prędkość przepływu).

2.Wymiarowanie przepustu.

2.1. Dane:

Typ przepustu: ciśnieniowy

Lokalna regulacja cieku na długości: 300,00 [m]

Q_p=1%=3,30 [m³/s]

Odczytane rzędne: R_zg=181,25 [m]

R_zd=180,00 [m]

n=0,030

pochylenie skarp cieku: m=1,50

stosunek b/h_o: założono b=h_o

1. Lokalna regulacja cieku

Q_p=1%≤ A*v, gdzie

v-prędkość wody w regulowanym cieku [m/s]

A-pole powierzchni cieku [m²]

Q_p=1%-natężenie przepływu miarodajnego

A=
, gdzie:

B-szerokość górnej krawędzi cieku [m]

b-szerokość dna cieku [m]

h_o-głębokość napełnienia cieku [m]

v=

B=b+2*m*h_o

A=b²(1+m)

O_z=b+2*

O_z=b+2b*

O_z=4,61*b

A=2,50*b²

3,30 [m³/s] ≤2.5b² 2,16*(0,542b)^2/3

3,30 [m³/s] ≤5,4b²·0,66 b^2/3

0,926 [m/s] ≤b²b^2/3

b≥0,971 [m]

Przyjęto b=ho=1,0 [m]

1. Określenie parametrów przepustu

Założono wlot przepustu bez skrzydełek

_wlot=0,10

_wyl=1,00

D=1,0 [m]

H≥h_wlot+h_wyl+
,

h_wlot=_wlot
,

h_wyl=_wyl
,

,

,

A=
=0,78 [m²]

v=
=4,23

h_wlot=
=0,09 [m]

h_wyl=
=0,9 [m]

H ≥0,09 [m]+0,9 [m]+0,9 [m]

H ≥1,89 [m]

H_sp=H+h_o

H_sp=1,9 [m]+1,0 [m]=2,90 [m]

Sprawdzenie ciśnieniowej pracy przepustu.

Przepust pracuje ciśnieniowo, gdy spełniony jest warunek:

H_sp ≥1,2D

2,90 ≥1,2*1,0 [m]=1,2 [m], zatem przepust jest ciśnieniowy.

Wobec spełnienia warunków pracy przepustu przyjęto przepust ciśnieniowy o przekroju kolistym i średnicy D=1,5 [m], o długości L wyznaczonej ze wzoru:

3.Wymiarowanie elementów odwodnienia wgłębnego.

3.1.Dane i założenia.

- Klasa techniczna drogi: G

- Szerokość korony drogi: 10,00[m]

- Szerokość jezdni: 7,00[m]

- Szerokość poboczy: 2x1,50[m]

- Głębokość rowów: h=0,50[m]

- Szerokość dna rowów: s=0,40[m]

- Nachylenie skarp rowów: 1:1,5

- Głębokość wykopu: H_w=2,28[m]

- Poziom zwierciadła wody gruntowej: H_zwg=1,85m p. p. t

- Drenaż wgłębny wykonany będzie pod dnem rowów

- Długość odcinka odwadnianego: L=680[m]

- Teren niezabudowany o nieznacznym zróżnicowaniu wysokościowym: wsiąkanie W=0,065⋅10^-6 [m/s]=5,62⋅10^-3 [m/dobę]

- Grunt rodzimy: piaski zaglinione: k_f=1,74⋅10^-4 [m/s]=15 [m/dobę]

- Rozstaw drenów:

Schemat do obliczania drenażu wgłębnego przedstawiono na rys. 4.

3.2.Określenie wymaganego usytuowania wysokościowego ciągów drenarskich.

- Rozstaw drenów:

gdzie: h_max - największa wysokość wzniesienia obniżonego zwierciadła wody podziemnej w

przestrzeni między drenami,

k_f - współczynnik wodoprzepuszczalności,

W - wsiąkanie.

- Największa wysokość wzniesienia obniżonego zwierciadła wody podziemnej:

3.3.Określenie ilości dopływającej wody.

- Obciążenie drenu przy obustronnym dopływie:

- Całkowity dopływ do drenu o długości L:

3.4.Określenie zdolności przepustowej ciągów drenarskich.

- Średnica drenów: D=10[cm]=0,10[m]

- Napełnienie drenów:

- Spadek ciągów drenarskich: J=2,00[%]=0,02

- Kąt środkowy: ϕ=191^o28'42''=191,48^o=3,34[rad]

- Promień hydrauliczny:

- Pole przekroju przepływowego:

- Zdolność przepustowa ciągów drenarskich:

Wnioski: Drenaż zaprojektowano poprawnie.

4.Opis techniczny.

4.1.Podstawa opracowania.

Podstawą niniejszego opracowania jest temat projektu wydany przez dr inż. Jerzego Machajskiego obejmujący wykonanie projektu elementów składowych systemu odwadniania odcinka drogi samochodowej klasy G o długości 680,00[m].

4.2.Ogólny opis warunków gruntowych.

Droga położona jest w terenie niezabudowanym o nieznacznym zróżnicowaniu wysokościowym. Gruntem rodzimym jest glina piaszczysta. Poziom zwierciadła wody gruntowej wynosi 1,85[m] poniżej poziomu terenu.

4.3.Odwodnienie powierzchniowe.

Jako odwodnienie powierzchniowe przewidziano rowy skarpowe o przekroju trapezowym, szerokości równej 0,40[m] i wysokości wynoszącej 0,50[m]. Nachylenie skarp: 1:1,5. Dno i skarpy rowów należy umocnić darnią.

4.4.Przepust.

Elementem odprowadzającym wodę pod nasypem jest przepust betonowy, o wlotach bez skrzydełek.

4.5.Odwodnienie wgłębne.

Rolę odwodnienia wgłębnego pełni drenaż poziomy (systematyczny). Drenaż poziomy stanowią dreny o średnicy 0,10[m] (10[cm]) ułożone bezpośrednio na poziomej warstwie nieprzepuszczalnej.

5.Literatura.

1. Wykład - dr inż. J. Machajski: Odwodnienie budowli komunikacyjnych.”

2. J. Machajski, R. Rogala, W. Rędowicz: „Hydraulika stosowana. Przykłady obliczeń.”

---